DE3423873A1

DE3423873A1 - Rheometer

Info

Publication number: DE3423873A1
Application number: DE19843423873
Authority: DE
Inventors: Ronald F. Flemington N.J. Garritano
Original assignee: Rheometrics Inc
Current assignee: Rheometrics Inc
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1985-01-03
Also published as: JPH0146812B2; CA1217952A; FR2548369A1; GB2142435B; DE3423873C2; JPS6024437A; CH668647A5; US4501155A; GB2142435A; FR2548369B1; GB8415065D0

Description

1 NACHQERS3CHTJ

HOEGER, STELLRECHT «'PARTNER - ·

PATENTANWÄLTE 0 H Z 3 Q /

UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1

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A 46 174 b Anmelder: RHEOMETRICS, INC.

k - 176 · One Possumtown Road

26. Juni 1984 Piscataway, New Jersey 08854

USA

Rheometer

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Auswerten der Fließeigenschaften einer Probe durch die Auswertung von Torsionskräften und von mittels Drehwinkel-Erfassungseinrichtungen erfassbaren Drehwinkeln an einem

Rotor, der mit einer Probe gekoppelt ist und in einem Stator mittels eines Lagers mit geringer Reibung derart aufgehängt ist, daß er über einen vorgegebenen Drehwinkelbereich bezüglich einer longitudinalen Drehachse drehbar und längs dieser Achse in eine vorgegebene longitudinale Position bringbar ist, wobei die Art der Lagerung zumindest in einigen Winkelstellungen ein den Rotor beaufschlagendes Drehmoment bewirkt, und mit Antriebseinrichtungen, durch die in jeder Winkelstellung des Rotors ein einstellbares Drehmoment für denselben erzeugbar ist.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit der Auswertung der rheologischen Eigenschaften von Proben mit Hilfe von Dreh-Rheometern, bei denen ein Rotor mit einer Probe gekoppelt ist, deren Fließeigenschaften ermittelt werden sollen.

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Dreh-Rheometer stehen seit vielen Jahren für die Analyse der rheologischen Eigenschaften einer großen Vielzahl von Materialien zur Verfügung. Bei der Bestimmung bzw. Auswertung dieser rheologischen Eigenschaften ist es wichtig, die auf die Probe einwirkenden Spannungen bzw. Kräfte und die Dehnung bzw. Verformung der Probe auf relativ geringe Werte zu beschränken, damit man bei Polymerschmelzen oder -lösungen innerhalb des Newton'sehen Bereichs bzw. des scherungsfreien Bereichs bleibt, und bei strukturierten Materialien, wie z.B. kolloidalen Suspensionen, im linearen Bereich der Visko-Elastizität. Derart niedrige Werte der Spannung und der Dehnung bzw. der einwirkenden Kraft und der Deformation bringen erhebliche Anforderungen an das Rheometer mit sich, wenn man Messergebnisse mit hoher Genauigkeit erhalten möchte, da der Einfluß von Reibungskräften zwischen den sich bewegenden Teilen des Rheometers bei niedrigen Spannungs- und Dehnungswerten erheblich ist und zu beträchtlichen Messfehlern führen kann. Da mit dem Ausüben einer Kraft auf eine Probe gewöhnlich entsprechende Reibungskräfte verbunden sind, werden die meisten Rheometer derart betrieben, daß in einer Probe eine vorgegebene Dehnung bzw. Dehnungsrate erzeugt wird und daß dann die daraus resultierende Spannung gemessen wird.

Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, auf eine Probe eine exakt vorgegebene Kraft bzw. Spannung auszuüben und dann die resultierende Dehnung bzw. Defor-

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mation zu messen, da hierdurch bei bestimmten rheologischen Untersuchungen der Zeitaufwand verkürzt wird. Dabei hat es sich auch gezeigt, daß unter diesen Umständen die verschiedenen Kräfte in der Probe schneller in ein Gleichgewicht kommen, so daß auf günstigere Weise schneller genaue Testergebnisse erhalten werden. Außerdem wird aufgrund der Tatsache, daß die Dehnung in Abhängigkeit von der Zeit leichter mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann als die Spannung bzw. die Kraft, die Genauigkeit der Messergebnisse erhöht. Wenn man nach dem sogenannten Erholungsverfahren arbeitet, d.h. wenn man einen Spannungsausgleich bzw. eine Entspannung oder Erholung der Probe bei Fehlen einer von außen einwirkenden Spannung zulässt, während man die Dehnung überwacht, ergibt sich außerdem die Möglichkeit, bei der Messung der Dehnung bei gleichzeitigem Fehlen einer äußeren Spannung die Elastizitäts-Komponente des Moduls der Visko-Elastizität unabhängig von der Viskositätskomponente desselben zu messen, da die Dehnung während der Entspannungs- bzw. Erholungsphase allein eine Funktion der elastischen Komponente ist. Somit können mit einem Gerät, bei dem die Möglichkeit besteht, die Dehnung zu erfassen, während keine äußere Spannung an der Probe angreift, selbst für solche Materialien exakte Messwerte erhalten werden, bei denen die Elastizitätskomponente im Vergleich zur Viskositätskomponente sehr klein ist.

Aus den vorstehend angeführten Gründen wäre es vorteilhaft, wenn ein Dreh-Rheometer verfügbar wäre, mit

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dem auf eine Probe eine exakt vorgegebene Kraft bzw. Spannung ausgeübt werden kann und bei dem eine exakte Messung der resultierenden Dehnung bzw. Deformation möglich ist, die nicht durch Reibungseffekte zwischen den sich bewegenden Elementen des Rheometers beeinträchtigt ist. Für ein Dreh-Rheometer mit solchen Eigenschaften würde man ein im wesentlichen reibungsarmes System für die Aufhängung und den Antrieb des Rotors des Instruments bezüglich des Stators desselben benötigen. Außerdem sollte ein solches Gerät geeignet sein, auf die Probe eine exakt vorgegebene Spannung auszuüben und die Dehnung über eine volle Drehung von 360° des Rotors zu überwachen, um auf diese Weise eine erhöhte Flexibilität für die Untersuchung eines breiteren Spektrums von Materialien zu erreichen. Weiterhin wäre die Fähigkeit, die Dehnung während der Erholung des Materials einer Probe exakt zu überwachen, ein wertvoller Vorteil.

Es wurde bereits angeregt, eine geeignete reibungslose Aufhängung dadurch zu schaffen, daß man ein Lager mit sehr niedriger Reibung verwendet, wie z.B. ein aerostatisches Lager bzw. ein gasgeschmiertes Lager, welches gewöhnlich als Luftlager bezeichnet wird. Die Verwendung derartiger reibungsarmer Lageranordnungen bringt jedoch die Gefahr mit sich, daß unerwünschte Lager-Drehmomente auftreten, die auf die charakteristischen Eigenschaften der Lageranordnungen selbst zurückzuführen sind, wobei ein solches Lager-Drehmoment, selbst wenn es sehr klein ist, trotzdem in dem

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Messbereich/für den Geräte gemäß der Erfindung gedacht sind/ einen ins Gewicht fallenden Faktor darstellt. Beispielsweise wird bei einem Luftlager Druckluft durch einen engen Spalt zwischen einander gegenüberliegenden Lagerflächen geleitet. Damit die hohe Lagersteif igkeit erhalten wird, die für rheologische Untersuchungen gewisser Materialien, wie z.B. Kunststoffschmelzen., erforderlich ist, muß der Spalt sehr eng sein. Folglich ist die Strömungsgeschwindigkeit der durch den engen Spalt hindurchtretenden Luft sehr hoch. Jede Abweichung der Lagerflächen von der idealen Oberflächenform kann folglich zu Kräften führen, die auf die Wechselwirkung zwischen den mit hoher Geschwindigkeit fließenden Luftströmen und den Oberflächenunregelmäßigkeiten zurückzuführen sind. Da diese Oberflächenunregelmäßigkeiten an den Lagerflächen eine Funktion der Maschinentoleranzen, der Oberflächenbehandlung, des Verschleisses usw. sind, können sie in der Praxis nicht völlig vermieden werden, so daß auch das Auftreten entsprechender Kräfte nicht gänzlich vermieden werden kann.

Es treten also Kräfte auf, die zu einem unerwünschten Drehmoment am Rotor führen, wobei sich die Größe dieses Drehmoments bei. unterschiedlichen Drehwinkeln des Rotors relativ zum Stator ändert und damit die Genauigkeit des Geräts beeinträchtigt. Bei anderen reibungsarmen Lageranordnungen, wie z.B. Magnetlagern, kann ein unerwünschtes Drehmoment durch Schwankungen des

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magnetischen Widerstandes (der Reluktanz) bei verschiedenen Orientierungen des Rotors relativ zum Stator auftreten, wodurch ebenfalls die Genauigkeit des Geräts beeinträchtigt wird.

Es wäre vorteilhaft, wenn ein Dreh-Rheometer verfügbar wäre, welches einerseits die Vorteile eines im wesentlichen reibungslosen Aufhängungssystems bietet, wie sie sich mit Lagern, wie z.B. Luftlagern mit sehr geringer Reibung realisieren lassen_/und das andererseits die Nachteile einer derartigen Anordnung vermeidet, insbesondere, wenn.das Rheometer verwendet wird, um auf eine Probe eine exakt vorgegebene Spannung auszuüben, während die Dehnung gemessen wird, und zwar über eine volle Drehung von 360°, wobei auch die Dehnung während der Erholungsphase überwacht werden kann, in der im wesentlichen keine Kraft auf die Probe ausgeübt wird.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein Dreh-Rheometer anzugeben, bei dem auf eine Probe eine exakt vorgegebene Spannung ausgeübt werden kann, während die Dehnung über einen vollen Drehwinkel von 360° gemessen werden kann.

Weiterhin soll erfindungsgemäß ein Dreh-Rheometer geschaffen werden, bei dem die Dehnung während der Erholung einer Probe überwacht bzw. aufgezeichnet werden kann, und zwar über einen vollen Drehwinkel von 360°, während auf die Probe keine (äußere)Spannung ausgeübt wird.

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Gemäß der Erfindung soll ferner ein Dreh-Rheometer geschaffen werden, bei dem ein Lager mit sehr geringer Reibung, wie z.B. eine Luftlageranordnung, eingesetzt wird, um ein im wesentliches reibungsfreies Aufhängungssystem für den Rotor des Instruments zu schaffen, wobei die Abweichungen, die sich üblicherweise bei solchen Lageranordnungen finden, kompensiert werden sollen. Weiterhin soll erfindungsgemäß ein Dreh-Rheometer des beschriebenen Typs geschaffen werden, bei dem durch eine bestimmte Anordnung von Drehmeldern bzw. Drehwinkelwandlern eine exakte kompensierte Anzeige der Winkelstellung des Rotors des Instruments in jeder Winkelstellung innerhalb eines vollen Drehwinkelbereiches von 360° erreicht .werden kann.

Weiterhin soll erfindungsgemäß ein Dreh-Rheometer des betrachteten Typs geschaffen werden, bei dem ein linearer Wandler eine exakte Anzeige der Position des Rotors längs der Längsachse des Instruments bzw. der Längsposition des Rotors liefert.

Gemäß der Erfindung soll außerdem ein Dreh-Rheometer geschaffen werden,welches leichter zu bedienen ist und welches bei relativ einfachen Arbeitszyklen Messergebnisse mit verbesserter Genauigkeit liefert. Diese erhöhte Genauigkeit soll dabei insbesondere auch in einem breiteren Arbeitsbereich erreicht werden.

Schließlich soll erfindungsgemäß ein Dreh-Rheometer geschaffen werden, welches relativ einfach aufgebaut

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und relativ preiswert herstellbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit ihren verschiedenen Teilaspekten wird durch das Gerät gemäß den Patentansprüchen, insbesondere durch das Gerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, gelöst.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen.noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Gerätes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines Kompensationssystems des Geräts gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer

Positions-Wandleranordnung eines Gerätes gemäß der Erfindung und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines mit der Positions-Wandleranordnung des Geräts zusammenwirkenden Kompensationssystems.

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Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gerät 10 in Form eines Dreh-Rheometers . mit dem eine Probe 12 verbunden ist, deren Fließeigenschaften bzw. deren rheologisches Verhalten ermittelt werden soll. Während die Proben generell verschiedene Formen haben können, ist die Probe 12 beim Ausführungsbeispiel eine Polymerscheibe, die an einem feststehenden Tisch 14 fixiert ist und die mit einer Platte 16 des Geräts gekuppelt ist, welche von einem rohrförmigen Träger 18 getragen wird, der einen Flansch 20 besitzt, der mit dem zentralen Rotor 22 des Geräts 10 bzw. des Rheometers verbunden ist. Wenn die Proben eine andere Form haben, werden der Tisch 14 und die Platte 16 entsprechend dieser Form der Probe ausgebildet.

Die Längsachse des Rotos 22 verläuft vertikal und längs einer Mittelachse 24 des Geräts. Der Rotor 22 ist um seine Längsachse 24 drehbar innerhalb eines Stators mittels einer sehr reibungsarmen Lagerung aufgehängt. Beim Ausführungsbeispiel ist das Lager ein aerostatisches Lager bzw. ein Lager mit einer Gasspülung in Form eines linearen Luftlagers 30. Das Lager 30 umfasst eine Buchse 32 mit einem zentral angeordneten Ringkanal 34, der mit einem Lufteinlaßanschluß 36 über einen Versorgungskanal 38 in Verbindung steht. Druckluft mit einem Druck von typischerweise etwa 5,6 Bar wird dem Anschluß 36 zugeführt und fließt durch den Versorgungskanal 38 und den Ringkanal· 34 in einen engen,in axialer Richtung verlaufenden Ringspalt 40 zwischen dem Rotor

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22 und der Buchse 32, und zwar auf beide Seiten des Ringkanals 38 gegen einander gegenüberliegende Druckplatten 42, 44, wo die Luft radial nach außen umgelenkt wird und durch in radialer Richtung verlaufende Spalte 46,48 in die Umgebung austritt. Die Druckplatten 42, 44 sind einstückig mit dem Rotor 22 ausgebildet und bilden an den einander gegenüberliegenden Enden einer längs des Rotors 22 verlaufenden axialen Lagerfläche

(seitliche)
50 radiale Lagerflächen 49, so daß die durch die Spalte 40,46 und 48 hindurchströmende Luft einen dünnen Film bildet, welcher den Rotor 22 in Form einer im wesentlichen reibungslosen Aufhängung innerhalb des Stators 26 trägt.

Eine zentrale Welle 52 ist einstückig mit dem Motor 22 ausgebildet und erstreckt sich längs der Achse 24 in Längsrichtung nach oben, um für eine Drehung des Rotors 22 innerhalb des Stators 26 zu sorgen. Ein Motor 54 wird durch eine Steuerung 56 derart angesteuert, daß er an der Welle 52 und damit am Rotor 22 ein Drehmoment erzeugt. Der Motor 54 ist ein "Schleppkappen-Motor" (Drag Cup Motor) mit einem becherförmigen Rotor 60, der an der Welle 52 befestigt ist und axial in einen Stator. 62 hineinragt , der an einem stationären Gehäuse 64 befestigt ist. Die zentrale Welle 52 reicht nach oben über den Motor 54 hinaus bis in einen Wandlerabschnitt 66, in welchem Wellen-Positionswandler 70,72 und 74 angeordnet sind, mit deren Hilfe eine Information über die Winkelstellung der Welle 52 bezüglich

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der Achse 24 und über die Längsposition der Welle 52 längs der Achse 24 erzeugbar ist, wie dies nachstehend noch näher erläutert werden wird.

Beim Einsatz des Geräts 10 ist das Drehmoment, welches von dem Motor 54 auf den Rotor bei einer bestimmten Winkelstellung desselben gegenüber dem Stator 2 6 ausgeübt wird, die Grundlage, auf der die Analyse der Fließcharakteristik der Probe 12 basiert. Ein exakt vorgegebenes Drehmoment, welches von dem Motor 54 auf die Welle 52 ausgeübt wird, kann nämlich dazu dienen, die Probe einer bestimmten Belastung auszusetzen, wobei dann der Drehwinkel der Welle 52 gemessen wird, um die an der Probe 12 wirksame Materialdehnung . zu bestimmen. Bei einer anderen Betriebsart lässt man die Probe,ohne Kräfte auf sie auszuüben, wieder in ihren unbelasteten Zustand zurückkehren, wobei die Materialdehnung aufgezeichnet wird. Bei beiden Betriebsarten kann der vom Rotor 22 überstrichene Drehwinkel sich über eine volle Drehung von 360° erstrecken. Die Verwendung eines Lagers mit niedriger Reibung, beispielsweise des Luftlagers 30, verringert die Reibungskräfte, so daß Ungenauigkeiten aufgrund von Drehmomenten in der Lagerung vermieden werden. Gewisse Eigenschaften derartiger Lager mit niedriger Reibung, welche zu Fehlern führen könnten, werden bei dem erfindungsgemäßen Gerät kompensiert.

Beispielsweise müssen bei einem Luftlager 30 zur Erzielung einer hohen Lagersteifigkeit, wie sie für

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das Untersuchen von Kunststoffschmelzen mit dem Gerät 10 erforderlich ist/ die Spalte 4 0,46 und 48 so eng bemessen werden, daß eine Luftfilmdicke von etwa 8 bis 10 μπι aufrechterhalten wird. Polglich ist selbst beim Arbeiten mit einer geringen Luftmenge (typischerweise weniger als etwa 14 1 pro Minute) die Strömungsgeschwindigkeit der Luft beim Durchströmen der Spalte ziemlich hoch und beträgt typischerweise mehr als 160 km/h. Eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit führt zu beträchtlichen Schlepp- bzw. Reibkräften an den Lagerflächen, insbesondere längs der Lagerflächen 49 und 50. Das Luftlager 30 ist an sich so konstruiert und auf Präzisionsmaschlnen gearbeitet, daß sich längs der Oberfläche 50 eine axiale Strömung und längs der Oberflächen 49 eine radiale Strömung ergibt und daß keine Strömung in Umfangsrichtung entsteht, die zu einem unerwünschten Drehmoment am Rotor 22 und. zu einer entsprechenden mechanischen Spannung an der Probe 12 führen würde (aufgrund der von der mit hoher Geschwindigkeit fließenden Luftströmung induzierten Reibungskräfte) . Die Toleranzen bei der maschinellen Bearbeitung und der Endbearbeitung der Oberflächen im Bereich der Lagerflächen sowie kleine Maschinenfehler und Verschleißspuren führen jedoch zu einem Drehmoment im Lager, welches einen bedeutenden Einfluß auf die Messgenauigkeit des Geräts haben kann. Da der Einfluß dieser verschiedenen Ungenauigkeiten bei der Drehung des Rotors 22 bezüglich des Stators 26 um einen Winkel von 360° von Position zu Position unterschiedlich sein kann, kann sich folglich auch das unerwünschte Dreh-

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moment in Abhängigkeit vom jeweiligen Drehwinkel ändern. Zur Optimierung der Genauigkeit des Geräts 10 sind Kompensationseinrichtungen vorgesehen, welche die vorstehend beschriebenen Eigenschaften bzw. Abweichungen bei einem Luftlager 30 kompensieren.

-v Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich wird, umfasst die Steuerung 56 ein Kompensationssystem 80, welches vor der Durchführung von Versuchen mit Proben betätigt wird, um eine "Eichung" des Luftlagers 30 durchzuführen, so daß bei den anschließend durchgeführten Messungen eine exakte Kompensation erreichbar ist. Bei dem Kompensationssystem 80 liegt der Motor 54 in einer Regelschleife, und der Rotor 22 wird mit Hilfe des Motors 54 in ausgewählte Winkelstellungen gedreht.. In jeder dieser Winkelstellungen stellt das Kompensationssystem 80 sicher, daß das von dem Motor 54 auf den Rotor ausgeübte Drehmoment exakt entgegengesetzt gleich zu dem unerwünschten Drehmoment ist, welches auf den Rotor 22 aufgrund von Kräften ausgeübt wird, die in dieser Position durch das Luftlager 30 erzeugt werden.

Im Eichbetrieb arbeitet ein Rechner 82 mit einem nach einem Programm betriebenen Wählelement 84 zusammen, um einen Befehl zu erzeugen, durch den der Rotor 22 in eine ausgewählte Winkelstellung gebracht wird. Die tatsächliche Winkelstellung des Rotors, die von den Positionswandlern 7 0 und 72 angezeigt wird, wird mit der Soll-Position in einem nach einem Programm

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arbeitenden Subtraktionselement 86 verglichen und jede Differenz, die durch das Subtraktionselement 86 festgestellt wird, führt zu einem Signal bei 88, welches ausgewertet wird, um mit Hilfe des Motors 54 ein Drehmoment zu erzeugen, durch welches die Differenz zwischen dem Soll-Wert der Winkelposition und dem Ist-Wert der Winkelposition des Rotors 22 auf Null reduziert wird. Das Signal auf der Leitung 88 wird dem Motor 54 über einen Leistungsverstärker 92 zugeführt. Die Regelschleife 94 umfasst ferner einen programmierten Kreis 100 zur Kompensation einer Phasenvoreilung und damit zur Stabilisierung der Regelschleife 94. Wenn der Rotor 22 die ausgewählte Winkelposition gemäß dem vorgegebenen Soll-Wert erreicht, ist das resultierende Drehmoment des Rotors 22 Null und das Ausgangsdrehmoment T_M des Motors ist dem unerwünschten Drehmoment T_n des Luftlagers exakt entgegengesetzt gleich. Das Signal auf der Leitung 88 führt also zu einem Drehmoment, welches auf den Rotor 22 ausgeübt wird,und für jede der vorgegebenen Positionen des Rotors 22 sorgt das Signal auf der Leitung 88 für das erforderliche Drehmoment, um dem in dieser Position wirksamen unerwünschten Drehmoment des Luftlagers exakt entgegenzuwirken. Da mit Hilfe des Wählelementes bzw. des Wählkreises 84 nacheinander mehrere verschiedene Winkelstellungen ausgewählt, werden, werden die entsprechenden Signale auf der Leitung 88 in einem Speicher 110 gespeichert, um eine vollständige Liste von Kompensationsdrehmomenten zu erhalten, die jeweils dem unerwünschten

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Drehmoment entsprechen, welches durch das Luftlager in den verschiedenen Winkelstellungen des Rotors erzeugt wird. Die Liste von Kompensationsdrehmomenten wird später dazu verwendet, die Drehmomentmessungen bzw. das Drehmoment/Welches während der tatsächlichen Messungen ausgeübt wird, zu korrigieren bzw. zu kompensieren, um auf diese Weise alle Fehler auszuschalten, welche andernfalls aufgrund des Luftlager-Drehmomentes entstehen könnten.

Zu den Vorteilen des Kompensationssystems 80 gehört die Fähigkeit, das Gerät 10. vor der Durchführung von Messungen zu eichen, ohne daß zusätzliche Hilfseinrichtungen bzw. Bauteile benötigt würden, wodurch die für eine Eichung erforderliche Zeit verkürzt wird. Weiterhin wird das Lager-Drehmoment mit. Hilfe derselben Einrichtungen ermittelt, die während des normalen Betriebes dazu dienen, ein Drehmoment auf den Rotor auszuüben, nämlich mit Hilfe des Motors 54. Auf diese Weise werden Gerätefehler.,, wie Fehler .hinsichtlich der Linearität und der absoluten Genauigkeit kompensiert. Die Fähigkeit, das Gerät 10 unabhängig von Gerätefehlern zu betreiben, ist besonders bei der Betriebsart vorteilhaft, bei der auf die Probe keine Belastung ausgeübt werden soll, wie dies oben erwähnt wurde. Das Kompensationssystem 80 steht somit zur Verfügung, um unerwünschte Lager-Drehmomente bei allen Lageranordnungen mit geringer Reibung zu kompensieren, bei denen das Lager-Drehmoment sich in Abhängigkeit von der Rotor-

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position ändert. Die Einsatzmöglichkeiten und die Genauigkeit des Geräts 10 sind in hohem Maße von der Art und Weise abhängig,, in der die tatsächliche Winkelposition des Rotors 22 jeweils bestimmt wird. Die Rotor-Positionswandler 70,72 und 74 werden folglich unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit, der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit sowie der Kosten ausgewählt. Die Wandler müssen.eine hohe Auflösung besitzen und sollten keine ins Gewicht fallenden Trägheitseffekte auf die Anordnung aus Rotor 22 und Welle 52 ausüben. Wie oben ausgeführt, werden die Wandler 70 und 72 dazu verwendet, eine bestimmte Winkelposition des Rotors 22 bezüglich der Längsachse 24 bzw. bezüglich des Stators. 26 zu ermitteln. Der Wandler 74 dient dazu, die Längsposition des Rotors 22 längs der Achse 24 zu bestimmen. Was zunächst das Problem der Bestimmung der Winkelposition des Rotors 22 anbelangt, so sind seit einiger Zeit verschiedene Drehwinkelgeber bekannt, mit deren Hilfe der Drehwinkel von drehbaren Elementen gemessen werden kann. Dabei handelt es sich im wesentlichen um induktive Geber mit mehreren Ausgängen, welche trigonometrische Funktionen der Winkelstellungen darstellen, die dann unter Verwendung eines entsprechend programmierten Rechners direkt in Winkelgrade umgewandelt werden können. Bei derartigen Drehwinkelgebern werden gewöhnlich gewickelte Rotoren eingesetzt, die eine entsprechende träge Masse besitzen und Schleifringe oder andere Kommutatoren benötigen, um die erforderliche Positionsinformation liefern zu können.

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Schleifringe, Kommutatoren usw. haben von Natur aus eine statische Reibung und sind folglich für das hier betrachtete System nicht geeignet. Bürstenlose Drehwinkelgeber mit Permanentmagnetrotoren sind verfügbar; derartige Geber bringen jedoch Reluktanz-Drehmomente mit sich, welche bevorzugte Rotororientierungen bewirken und exakte Messungen beeinträchtigen.

Der bevorzugte Wandler zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Gerät ist ein Dreh-Differentialtransformator (Rotary Variable Differential Transformer). Ein solcher Transformator ist billig, hat ein niedriges Trägheitsmoment, liefert eine kontinuierliche (analoge) Information für eine unbegrenzt hohe Auflösung und benötigt keinen mechanisch-elektrischen Kontakt mit dem Rotorelement der Anordnung. ' Der; Transformator hat einen kleinen Kern aus ferromagnetisehern Material, der gewöhnlich an dem Bauteil montiert wird, dessen Drehung gemessen werden soll, und einen gewickelten Differentialtransformator, der stationär und angrenzend an den Kern angeordnet ist. Die Bewegung des Kerns in dem stationären Transformator ändert den Kopplungskoeffizienten zwischen der Primärwicklung und den Sekundärwicklungen des Transformators, was zu einem linearen Ausgangssignal führt, welches der Lageänderung proportional ist. Das lineare Ausgangssignal ist jedoch auf Verlagerungen von 120° bezüglich einer Null-Position und 120° bezüglich einer diametral gegenüberliegenden

180° -Position, beschränkt. Folglich arbeitet das Gerät 10 mit zwei Transformatoranordnungen bzw. Wandlern

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70,72, die bezüglich der Achse 24 um 90° versetzt sind, wobei dann die Ausgangssignale der beiden Wandler 70 und 72 mit Hilfe eine programmierten Rechners in ein kontinuierliches Ausgangssignal umgesetzt werden, welches für eine volle Drehung von 360° des Rotors 22 und der Welle 52 verfügbar ist und keine Diskontinuitäten aufweist. Jeder der Wandler 70 und 72 umfasst einen stationären Transformator 120, der am Gehäuse 64 des Geräts 10 befestigt ist, sowie einen beweglichen Kern 122, der an der Welle 52 befestigt ist und sich mit dieser innerhalb des Transformators 120 dreht.

Wie die schematische Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt, liefert der Wandler 70 ein lineares Ausgangssignal A, welches auf die 120°-Segmente 126 beschränkt ist-, die symmetrisch zur 0°-Position und zur 180°-Position der Welle 52 orientiert sind. Der Wandler 72 liefert in entsprechender Weise ein Ausgangssignal B für die Drehbereiche der Welle 52. des Rotors 22, welches auf die 120°-Segmente 130 beschränkt ist. Der Wandler 72 ist jedoch relativ zu dem Wandler 70 um einen Winkel von 90° versetzt, so daß die Segmente 130 symmetrisch zur 90°-Position und zur 270°-Position der Welle 52 liegen. Auf diese Weise überlappen sich die Ausgangssignale A und B, so daß ein lineares, fehlerfreies Ausgangssignal über einen Drehwinkel von 360° der Welle 52 erhalten wird.

Ein Problem ergibt sich jedoch, wenn ein übergang von dem einen Ausgangssignal (A oder B) zu dem jeweils

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anderen Ausgangssignal erfolgt. "Um ein kontinuierliches Ausgangssignal für einen Drehwinkel von 360° der Welle 52 und des Rotors 22 zu erhalten, erfolgt eine Umschaltung von dem einen Ausgangssignal (A oder B) auf das andere Ausgangssignal innerhalb der Bereiche 132, in denen sich die Ausgangssignale überlappen. Die Überlappungsbereiche 132 sollten jeweils innerhalb eines 30°- Segments liegen, in dem die Segmente 126 und 130 vollständig miteinander "fluchten". Aufgrund der Fertigungstoleranzen wird jedoch ein solches vollkommenes Fluchten nicht in allen Fällen erreicht. Aus diesem Grund sind die Ausgangssignale A und B innerhalb der Bereiche 132 nicht notwendigerweise in jeder einzelnen Winkelstellung exakt gleich groß. Aus diesem Grund kann beim Umschalten von dem einen Ausgangssignal auf das andere ein sofortiger wahrnehmbarer Unterschied in der Größe des überwachten Ausgangssignals auftreten; es ergibt sich also eine unerwünschte Diskontinuität. Selbst dann, wenn ein perfektes Fluchten der Segmente 126 und 130 erreicht werden könnte, würden sich aufgrund der thermischen Drift, der Alterung, des elektrischen Rauschens und anderer Verzerrungen Unterschiede der Ausgangssignale A und B in jeder einzelnen Winkelposition innerhalb der Bereiche 132 bemerkbar machen.

Zur Überwindung der vorstehend" aufgezeigten Probleme erfolgt die Umschaltung zwischen den Ausgangssignalen A und B in Abhängigkeit von einem (Software-)Programm, dessen Flußdiagramm in Fig. 4 gezeigt ist. Die Umschaltung erfolgt in den Winkelstellungen, die in Fig. 3

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als Positionen 136 eingezeichnet sind. Die Positionen 136 liegen bei einem Winkel von 45° bezüglich der O⁰-Position bzw. der 180°-Position und damit voll in den Überlappungsbereichen 132. Wie Fig. 3 zeigt, liegt jeweils eine Position 136 bei 45°, 135°, 225° und 315°. In den Positionen 136 sollten die absoluten Größen (die Beträge) der Ausgangssignale A und B gleich sein; die Signale können jedoch entgegengesetzte Polarität haben. Gemäß dem Diagramm in Fig. 3 hat das Ausgangssignal A bei 45° den Wert +V, während das Ausgangssignal B den Wert -V hat. Bei 135° haben die Signale A und B beide den Wert +V. Bei 225° hat das Signal A den Wert -V, während das Signal B den Wert +V hat. Bei 315° haben beide Signale A und B den Wert -V. Da wahrscheinlich Abweichungen von der idealen Übereinstimmung der Größen der Ausgangssignale A und B in den Umschaltpositionen 136 auftreten, und zwar aus den oben dargelegten Gründen, werden derartige Abweichungen bzw. Unterschiede mit dem Programm gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Flußdiagramm 140 kompensiert.

Im einzelnen werden die Signale A und B mit. Hilfe eines Rechners ständig verfolgt, welcher nach dem Flußdiagramm 140 arbeitet, um jede Differenz zwischen den Absolutwerten der Ausgangssignale A und B in jeder Winkelposition 136 unmittelbar vor dem Umschalten von dem einen Ausgangssignal (A oder B) auf das jeweils andere zu berechnen und um diese Differenz unmittelbar nach dem Umschalten zu dem anderen Ausgangssignal zu addieren

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um so die Kontinuität während des Obergangs von dem einen Ausgangssignal auf das andere sicherzustellen. Die berechnete Differenz wird ständig zu dem anderen Ausgangssignal addiert, bis der nächste Übergang in der nächsten ümschaltposition 136 erfolgt, wo eine neue Differenz für diesen nächsten Umschaltvorgang berechnet wird. Es hat sich gezeigt, daß dieses System bei allen Ausrxchtungsfehlern von bis zu 3° erfolgreich arbeitet.

Das Flußdiagramm 140 zeigt die Einzelheiten des vorstehend zusammenfassend erläuterten Kompensations-Unterprogramms. Das Programm beginnt mit einem Block 142. Ein Bedienungsmann kann das Programm selektiv mit einem Startbefehl einleiten - Block 144. Vor dem Eintreffen des Startbefehls, d.h. solange kein Startbefehl vorliegt, läuft das Programm zunächst von selbst, wobei die Daten ausgewählt werden, die dem Signal A entsprechen - Block 146 - und wobei jegliche Differenzen zwischen den Daten, die den Signalen A und B entsprechen, auf den Wert Null gebracht werden - Block 148. Sobald ein Startbefehl eintrifft - Block 144 werden die den beiden Signalen entsprechenden Daten "A-Daten" und "B-Daten" überwacht - Block 150. Wenn gemäß dem Entscheidungsblock 152 die Α-Daten ausgewählt sind, dann werden gemäß Block 154 die Α-Daten verfolgt, bis festgestellt wird, daß eine ümschaltposition 136 erreicht ist. Beim Erreichen einer ümschaltposition 136, bei der die Signale A und B entgegengesetzte Polarität haben, werden gemäß Block 156 die dem Signal B

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entsprechenden B-Daten gewählt und gemäß Block 158 wird jegliche Differenz zwischen den Α-Daten und den B-Daten an dieser Position 136 bestimmt. Die Differenz wird dann gemäß Block 160 zu den B-Daten addiert. Die Daten, aus denen die Winkelpositionsinformation erhalten wird, stehen dann am Programmende gemäß Block 162 zur Verfügung. Solange die dem Signal A entsprechenden A-Daten im Bereich eines Segments 126 zwischen zwei Umschaltpunkten 136 bleiben, wird die gemäß Block 162 verfügbare Winkelpositionsinformation durch die A-Daten bestimmt, die dem Signal A entsprechen. Wenn gemäß dem Entscheidungsblock 152 festgestellt wird, daß nicht die Α-Daten gewählt sind, dann werden in entsprechender Weise gemäß Block 174 die dem Signal B entsprechenden B-Daten verfolgt., bis festgestellt wird, daß eine Umschaltposition 136 erreicht wurde. Beim Erreichen einer Umschaltposition 136, bei der die Signale A und B dieselbe Polarität haben, werden die dem.Signal A entsprechenden Α-Daten ausgewählt - Block 176 - und jede Differenz zwischen den auf den Signalen A. und B basierenden Daten an dieser Position 136 wird gemäß Block 178 bestimmt und gemäß Block 180 zu den A-Daten addiert. Solange das Signal B in dem Bereich eines Segments 130 zwischen den Umschaltpunkten 136 bleibt, wird die Winkelpositionsinformation am Block 162 wieder aufgrund der B-Daten bestimmt, die dem B-Signal entsprechen. Dadurch, daß jedesmal die Differenz addiert wird, ergibt sich bei jeder Umschaltung zwischen den Signalen A und B ein kontinuierlicher übergang

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ohne eine Unterbrechung. Dabei ist zu beachten, daß bei dem vorstehend beschriebenen Programm das Umschalten während der Drehung der Welle 52 im Gegenuhrzeigersinn erfolgt - die Drehrichtung ist in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeutet. Beim Verfolgen der Signale A und B bei einer Drehung im entgegengesetzten Drehsinn erfolgt das Umschalten von Signal A auf das Signal B dann, wenn die Polaritäten der Signale Ά und B gleich sind, während das Umschalten vom Signal B auf das Signal A erfolgt, wenn die Polaritäten entgegengesetzt sind. Das Programm gemäß dem Flußdiagramm .140 berücksichtigt folglich den Drehsinn der Welle 52.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät 10 ist es wichtig, die Längsposition der Platte 16 relativ zu dem Tisch 14 exakt zu bestimmen. Die Messung dieser Position bestimmt die Geometrie der Probe 12 für das Umsetzen der Winkelposition des Rotors 22 und der Welle 52 sowie Drehmomentmessungen zum Belasten und Verformen der Probe. Der Spalt 200 zwischen der Platten 16 und dem Tisch 14 wird selektiv durch eine Längsbewegung der gesamten Anordnung variiert, welche das Gehäuse 64, die Welle 52, den Rotor 22 und den Träger 18 umfasst, und zwar relativ zu dem Tisch 14, wobei der Abstand zwischen der Platte 16 und dem Tisch 14 mit Hilfe einer Mikrometerschraube oder dergleichen (nicht dargestellt) bestimmt wird, die üblicherweise an derselben Anordnung montiert ist. Es ist jedoch erforderlich, die Mikrometerschraube auf Null zu stellen, wenn sich die Platte 16 und der Tisch 14 gerade berühren. Die Bestimmung dieses Nullpunkts,

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d.h. des Punkts, an dem sich die Platte 16 und der Tisch 14 gerade berühren, muß mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Es wurde bereits angeregt, einen elektrischen Kreis zu verwenden, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Platte und dem Tisch zu erfassen. Ein solches System macht elektrische Anschlüsse für die Platte erforderlich, wobei diese Anschlüsse während der Versuche nicht vorhanden sein dürfen und vor jedem Versuch entfernt werden, müssen. Außerdem zeigt eine elektrische Durchgangsinformation lediglich an, ob ein Kontakt besteht oder nicht, so daß man keine Information über eine axiale Verlagerung der Platte 16 relativ zum Gehäuse 64 hat, wie sie sich aufgrund der Kompression des Luftfilms in dem Spalt 48 ergibt, wenn das Gehäuse 64 über den Nullpunkt hinaus nach unten bewegt wird, wobei der tatsächliche Nullpunkt ohne weiteres überlaufen werden kann.

Erfindungsgemäß wird für eine exakte Bestimmung des Nullpunkts bei dem Gerät 10 der Positionswandler 74 verwendet, welcher eine axiale Bewegung der Welle bezüglich des Gehäuses 64 anzeigt. Vorzugsweise ist der Wandler 74 ein in Abhängigkeit von einer linearen Bewegung variabler Differentialtransformator mit einem relativ leichten Kern 210, der an der Welle 52 befestigt ist und der von einem gewickelten Differentialtransformator 212 umgeben ist, der in dem Gehäuse

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in einer stationären Lage gehalten wird. Das Ausgangssignal des Wandlers 74 steuert eine Anzeige 214, welche auf Null gestellt wird, wenn die Platte 16 nichts berührt und wenn sich der Rotor 22 bezüglich der Längsrichtung in seiner normalen Position befindet und in dem Stator 26 durch das Luftlager 30 aufgehängt ist. Sobald die Platte 16 in Kontakt mit dem Tisch 14 gebracht wird, können sich der Rotor 22 und die Welle in axialer Richtung bezüglich des Stators 26 und des Gehäuses 64 bewegen, was auf die Kompressibilität des Luftfilms in dem Spalt 48 des Luftlagers 30 zurückzuführen, ist. Eine solche axiale Bewegung wird von dem Wandler 74 erfasst, der ein entsprechendes Signal an die Anzeige 214 liefert. Die Anzeige 214 ist direkt in Abstandsabweichungen vom Nullpunkt geeicht, und der Nullpunkt wird folglich mit hoher Genauigkeit bestimmt.

Während vorstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel erläutert wurde, versteht es sich, daß dem Fachmann, ausgehend von diesem Ausführungsbeispiel., zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

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Claims

Patentansprüche

1. Gerät zum Auswerten der Fließeigenschaften einer Probe durch die Auswertung von Torsionskräften und von mittels Drehwinkel-Erfassungseinrichtungen erfassbaren Drehwinkeln an einem Rotor, der mit einer Probe gekoppelt ist und in einem Stator mittels eines Lagers mit geringer Reibung derart aufgehängt ist, daß er über einen vorgegebenen Drehwinkelbereich bezüglich einer longitudinalen Drehachse drehbar und längs dieser Achse in eine vorgegebene longitudinale Position bringbar ist, wobei die Art der Lagerung zumindest in einigen Winkelstellungen ein den Rotor beaufschlagendes Drehmoment bewirkt, und mit Antriebseinrichtungen, durch die in jeder Winkelstellung des Rotors ein einstellbares Drehmoment für denselben erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Steuereinrichtungen (56) vorgesehen sind, durch die für den Rotor (22) innerhalb seines Drehwinkelbereiches ausgewählte Winkelstellungen definierbar sind, daß Kompensationseinrichtungen (80) vorgesehen sind, welche mit den Antriebseinrichtungen (54), den Steuereinrichtungen (5 6) und den

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Drehwinkel-Erfassungseinrichtungen (70,72) gekoppelt sind und durch die die Antriebseinrichtungen (54) in Abhängigkeit von Kompensationsinformationen, die für jede ausgewählte Winkelstellung des Rotors (22) in Abhängigkeit von der Abweichung des Ist-Werts der Winkelstellung vom Soll-Wert derselben ermittelt werden, derart betätigbar sind, daß das in der betreffenden Winkelstellung wirksame Drehmoment des Lagers (30)kompensiert wird, und daß Speichereinrichtungen(110)zur Speicherung der den verschiedenen ausgewählten Winkelstellungen des Rotors(22)zugeordneten Kompensationsinformationen vorgesehen sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtungen eine Regelschleife zur Ableitung der Kompensationsinformation umfassen.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Drehwinkelbereich des Rotors (22) über einen Drehwinkel von 360° erstreckt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkel-Erfassungseinrichtungen (70,72) mindestens einen Drehmelder in Form eines Differentialtransformators umfassen, dessen Elemente einerseits mit dem Rotor (22) und andererseits mit dem Stator

(26) verbunden sind.

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5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkel-Erfassungseinrichtungen mindestens einen Drehwinkelwandler (70,72) umfassen,welcher auf die relative Lage von Rotor (22) und Stator (26) anspricht und mit dessen Hilfe Positionsdaten über die Winkelstellung des Rotors (22) bezüglich des Stators (26) erzeugbar sind.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehwinkelwandler (70,72) vorgesehen sind, daß der Drehwinkel des Rotors (22) bezüglich des Stators (26) in einem ersten Drehwinkelbereich von weniger als 360° mit dem ersten Drehwinkelwandler

(70) erfassbar ist und daß der Drehwinkel des Rotors (22) bezüglich des Stators (26) in einem zweiten Drehwinkelbereich mit Hilfe des zweiten Drehwinkelwandlers (72) erfassbar ist, wobei die beiden Drehwinkelbereiche derart gewählt sind, daß sie gemeinsam einen Drehwinkelbereich von 360° überdecken.

7. Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Es sind Informationseinrichtungen vorgesehen, welche auf der Grundlage von Positionsdaten, die sie von dem einen oder anderen Drehwinkelwandler (70, 72) empfangen, Positionsinformationen über die Winkelstellung des Rotors (22) liefern; es sind überwachungseinrichtungen zum Überwachen der von den beiden Drehwinkelwandlern (70,72) für die beiden Drehwinkelbereiche erzeugten Positions-

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daten vorgesehen;

es sind Schalteinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe in Abhängigkeit vom Erreichen einer vorgegebenen Winkelstellung des Rotors (22) ein Umschalten des Eingangs der Informationseinrichtungen vom Ausgang des gerade mit ihnen verbundenen Drehwinkelwandlers auf "den anderen Drehwinkelwandler herbeiführbar ist;

es sind Differenzerfassungseinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe in der vorgegebenen Winkelstellung des Rotors (22) die Differenz zwischen den von den beiden Drehwinkelwandlern (70,72) gelieferten Positionsdaten bestimmbar ist, und es sind Datenkompensiereinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe die Differenz zwischen den Positionsdaten in der vorgegebenen Winkelstellung derart mit den Positionsdaten des anderen Drehwinkelwandlers kombinierbar ist, daß sich über beide Drehwinkelbereiche ein kompensierter Übergang von den Positionsdaten des einen Drehwinkelwandlers auf die Positionsdaten des anderen Drehwinkelwandlers ergibt.

Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehwinkelwandler (70, 72) als Drehmelder.mit einem Differentialtransformator ausgebildet ist, dessen Elemente einerseits mit dem Rotor (22) und andererseits mit dem Stator (26) verbunden sind.

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9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste und der zweite Drehwinkelbereich in definierten Bereichen überlappen und daß jede vorgegebene Winkelstellung für einen Umschaltvorgang innerhalb eines solchen Überlappungsbereiches liegt.

10. Gerät, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Drehwinkelbereich sich jeweils über zwei einander diametral gegenüberliegende Segmente erstrecken.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes der einander diametral gegenüberliegenden Segmente über einen Winkel.von etwa 120° erstreckt und daß die als Drehmelder dienenden Differentialtransformatoren bezüglich der. Längsachse um 9 0° gegeneinander versetzt sind.

12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein linearer Positionswandler (74) vorgesehen ist, welcher auf Relativbewegungen des Rotors. (22) gegenüber dem Stator (26) anspricht und Positionsdaten liefert, welche der Längsposition des Rotors (22) bezüglich des Stators (26) entsprechen und daß mit dem Positionswandler eine Anzeige zum Anzeigen einer vorgegebenen Längsposition des Rotors (22) verbunden ist.

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13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet/ daß das Lager (30) seitliche Lagerflächen (49) aufweist, mit deren Hilfe der Rotor in der vorgegebenen Längsposition positionierbar ist, und daß die Anzeige derart ausgebildet ist, daß mit ihrer Hilfe Längsabweichungen der Rotorposition von der vorgegebenen Längsposition anzeigbar sind.

14. Gerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Positionswandler (74) einen Differentialtransformator umfasst, dessen Elemente einerseits mit dem Rotor (22) und andererseits mit dem Stator (26) verbunden sind.

15. Gerät, insbesondere nach Anspruch 1, zum Auswerten der Fließeigenschaften einer Probe durch die Auswertung von Torsionskräften und.von mittels Drehwinkel-Erfassungseinrichtungen erfassbaren Drehwinkeln an einem Rotor, der mit einer Probe gekoppelt ist und in einem Stator derart aufgehängt ist, daß er über einen vorgegebenen Drehwinkelbereich bezüglich einer longitudinalen Drehachse drehbar und längs dieser Achse in eine vorgegebene longitudinale Position bringbar ist,und mit Antriebseinrichtungen, durch die in jeder Winkelstellung des Rotors ein einstellbares Drehmoment für denselben erzeugbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

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Es ist ein erster Drehwinkelwandler (70) vorgesehen, mit dessen Hilfe in einem ersten Drehwinkelbereich von weniger als 360° Positionsdaten erzeugbar sind, die der Winkelstellung des Rotors (22) bezüglich des Stators (26) entsprechen; und es ist ein zweiter Drehwinkelwandler (72) vorgesehen, mit dessen Hilfe für einen zweiten Drehwinkelbereich Positionsdaten erzeugbar sind, welche der Winkelstellung des Rotors (22) bezüglich des Stators (26) entsprechen, wobei die beiden Drehwinkelbereiche derart gewählt sind, daß sie gemeinsam einen Drehwinkelbereich von 360° überdecken .

16. Gerät nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Es sind Informationseinrichtungen vorgesehen, welche auf der Grundlage von Positionsdaten, die sie von dem einen oder anderen Drehwinkelwandler (70, 72) empfangen, Positionsinformationen über die Winkelstellung des Rotors (22) liefern; es sind Überwachungseinrichtungen zum Überwachen der von dem beiden Drehwinkelwandlern (70,72) für die beiden Drehwinkelbereiche erzeugten Positionsdaten vorgesehen;

es sind Schalteinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe in Abhängigkeit vom Erreichen einer vorgegebenen Winkelstellung des Rotors (22) ein Umschalten des Eingangs der Informationseinrichtungen vom Ausgang des gerade mit ihnen verbundenen Dreh-

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wlnkelwandlers auf den anderen Drehwinkelwandler herbeiführbar ist;

es sind Differenzerfassungseinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe in der vorgegebenen Winkelstellung des Rotors (22) die Differenz zwischen den von den beiden Drehwinkelwandlern (70,72) gelieferten Positionsdaten bestimmbar ist, und es sind Datenkompensiereinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe die Differenz zwischen den Positionsdaten in der vorgegebenen Winkelstellung derart mit den Positionsdaten des anderen Drehwinkelwandlers kombinierbar ist, daß sich über beide Drehwinkelbereiche ein kompensierter übergang von den Positionsdaten des einen Drehwinkelwandlers auf die Positionsdaten des anderen Drehwinkelwandlers ergibt.

17. Gerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Drehwinkelwandler (70,72) als Drehmelder mit einem Differentialtransformator ausgebildet ist, dessen Elemente einerseits mit dem Rotor (22) und andererseits mit dem Stator (26) verbunden sind.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste und der zweite Drehwinkelbereich in definierten Bereichen überlappen und daß jede vorgegebene Winkelstellung für einen Umschaltvorgang innerhalb eines solchen Uberlappungsbereiches liegt.

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19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch, gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Drehwinkelbereich sich jeweils über zwei einander diametral gegenüberliegende Segmente erstrecken.

20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes der einander diametral gegenüberliegenden Segmente über einen Winkel von etwa 120° erstreckt und daß die als Drehmelder dienenden Differentialtransfcarmatoren bezüglich der Längsachse um 9 0° gegeneinander versetzt sind.

21. Gerät, -insbesondere nach Anspruch 1, zum Auswerten der Fließeigenschaften einer Probe durch die Auswertung von Torsionskräften und von mittels Drehwinkel-Erfassungseinrichtungen erfassbaren Drehwinkeln an einem Rotor, der mit einer Probe gekoppelt ist und in einem Stator derart aufgehängt ist, daß er über einen vorgegebenen Drehwinkelbereich bezüglich einer longitudinalen Drehachse drehbar und längs dieser Achse in eine vorgegebene longitudinale Position bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein linearer Positionswandler (74) vorgesehen ist, welcher auf Relativbewegungen des Rotors (22) gegenüber dem Stator (26) anspricht und Positionsdaten liefert, welche der Längsposition des Rotors (22) bezüglich des Stators (26) entsprechen, und daß mit dem Positionswandler eine Anzeige zum Anzeigen einer vorgegebenen Längsposition des Rotors (22) verbunden ist.

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22. Gerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (30) seitliche Lagerflächen (49) aufweist, mit deren Hilfe der Rotor in der vorgegebenen Längsposition positionierbar ist, und daß die Anzeige derart ausgebildet ist, daß mit ihrer Hilfe Längsabweichungen der Rotorposition von der vorgegebenen Längsposition anzeigbar sind.

23. Gerät nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Positionswandler (74) einen Differentialtransformator umfasst, dessen Elemente einerseits mit dem Rotor (22) und andererseits mit dem Stator (26) verbunden sind.

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